Qu’est-ce qu’Advanced Fuel Clad – Définition

Les combustibles tolérants aux accidents (ATF) sont une série de nouveaux concepts de combustibles nucléaires, étudiés afin d’améliorer les performances du combustible pendant le fonctionnement normal, les conditions transitoires et les scénarios d’accident, tels que les accidents de perte de réfrigérant (LOCA) ou les accidents déclenchés par la réactivité (RIA). Suite à l’accident de Fukushima Daiichi, une revue du comportement du combustible a été initiée. Le combustible gainé d’ alliage de zirconium fonctionne avec succès jusqu’à un taux de combustion élevé et est le résultat de 40 ans de développement et d’amélioration continus. Cependant, dans des conditions d’accident grave, l’interaction zirconium-vapeur à haute température peut être une source majeure de dommages à la centrale.

Ces mises à niveau incluent:

• additifs spécialement conçus pour les pastilles de combustible standard destinés à améliorer diverses propriétés et performances
• revêtements robustes appliqués à l’extérieur des revêtements standards destinés à réduire la corrosion, à augmenter la résistance à l’usure et à réduire la production d’hydrogène dans des conditions de haute température (accidentelles)
• développement de conceptions de combustibles entièrement nouvelles avec revêtement en céramique et différents matériaux combustibles

La gaine de combustible actuelle est la couche externe des barres de combustible, située entre le caloporteur du réacteur et le combustible nucléaire (c’est-à-dire les pastilles de combustible). Il est constitué d’un matériau résistant à la corrosion à faible section efficace d’absorption des neutrons thermiques (~ 0,18 × 10^–24 cm²), généralement en alliage de zirconium. Il empêche les produits de fission radioactifs de s’échapper de la matrice combustible dans le caloporteur du réacteur et de le contaminer. Le gainage constitue l’une des barrières dans l’approche de «défense en profondeur», par conséquent, sa capacité de refroidissement est l’un des aspects clés de la sécurité.

Référence spéciale : Agence pour l’énergie nucléaire, État de l’art sur le combustible tolérant aux accidents des réacteurs à eau légère. NEA n° 7317, OCDE, 2018.

Revêtement de carburant avancé

Alors que les conceptions actuelles de combustible nucléaire ont très bien fonctionné dans des conditions normales de centrale, les conceptions de combustible nucléaire existantes peuvent être remises en question lorsqu’elles sont soumises à des scénarios d’accident grave hors dimensionnement. Dans de telles conditions, la perte à long terme de caloporteur et les températures élevées du combustible qui en résultent peuvent conduire à la dégradation de la gaine du combustible et à la libération précoce de produits de fission.

Les concepts ATF proposés visent à réduire les risques d’accidents graves (SA) en augmentant le temps d’adaptation dont disposent les opérateurs pour réagir en cas d’accident, en réduisant l’étendue et le taux de production de chaleur et d’hydrogène à partir de l’oxydation à la vapeur à haute température (HT), ou en réduisant les conséquences des accidents graves en améliorer la rétention des produits de fission (FP). Les attributs souhaités pour un matériau de revêtement ATF pratique sont assez rigoureux. En plus de bonnes propriétés de matériau à haute température, le matériau candidat doit être compatible avec les conceptions actuelles de combustible/cœur et fournir un fonctionnement économique, y compris une bonne neutronique. De plus, d’un point de vue opérationnel, il doit être hautement fiable, résistant à la corrosion et présenter une faible fragilisation à des taux de combustion élevés.

Selon le rapport de l’AEN, cinq classes différentes de conceptions de revêtement ont fait l’objet de l’examen:

• Alliages Zr revêtus et améliorés,
• Aciers avancés,
• Métaux réfractaires,
• Bardages SiC et SiC/SiC-composite
• composants non combustibles tels que les boîtiers de canaux SiC/SiC ou les barres de commande à tolérance d’accident (ATCR).

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US Department of Energy, Material Science. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
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En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

Voir ci-dessus:
Carburant résistant aux accidents